WO2015173391A1 - Vcr-kolbenmaschine und verfahren zur verstellung der vcr-kolbenmaschine - Google Patents

Vcr-kolbenmaschine und verfahren zur verstellung der vcr-kolbenmaschine Download PDF

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WO2015173391A1
WO2015173391A1 PCT/EP2015/060760 EP2015060760W WO2015173391A1 WO 2015173391 A1 WO2015173391 A1 WO 2015173391A1 EP 2015060760 W EP2015060760 W EP 2015060760W WO 2015173391 A1 WO2015173391 A1 WO 2015173391A1
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adjustment
connecting rod
piston
support
oil
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PCT/EP2015/060760
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Inventor
Uwe Schaffrath
Paul GRZESCHIK
Original Assignee
Fev Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/10—Bearings, parts of which are eccentrically adjustable with respect to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods

Definitions

  • the present invention particularly relates to a VCR piston engine comprising a crankshaft, at least one connecting rod rotatably mounted on the crankshaft, the connecting rod having a small and a large bearing eye, and the connecting rod having a connecting rod shaft, with a compression piston arranged on the connecting rod, preferably a combustion chamber piston, by means of, for example an eccentric or other adjusting element and an adjusting system, preferably a VerstellgestCodes, is adjustable, wherein the adjusting system supports the adjusting element by means of at least one movable in a support cylinder of the connecting rod support piston. Furthermore, a method is proposed in which an over adjusting on the adjustment system, external forces occurring adjustment is supplemented or improved by additional adjustment forces.
  • Object of the present invention is to provide a safe change of a stroke in a reciprocating engine for different operating ranges.
  • This object is solved by a reciprocating engine having the features of claim 1.
  • Further advantageous embodiments and further developments will become apparent from the following subclaims.
  • the features resulting from the individual subclaims are not limited to the individual embodiments. Rather, one or more features of the main and the dependent claims may be specified or substituted by one or more features of the following description. In particular, the present claims are not intended to limit the invention. Also, one or more features of various embodiments may be linked to further developments of the invention.
  • the engine oil pressure is increased for a short time or for the duration of the adjustment.
  • an improved performance of the adjustment system can be achieved by increasing the engine oil pressure.
  • the system can be slowed down at high loads, ie at high gas forces, with the advantage that when using a larger-sized aperture By dispensing with this (counter-pressure) braking at low loads, a likewise rapid switching of the compression ratio takes place.
  • the targeted increase in oil pressure in the support cylinders is thus according to the invention in both switching directions of the compression ratio of advantage.
  • the drive unit, the oil pump of the oil lubrication system if necessary, to provide the support cylinder zu oftendem oil with a pressure compared to the supply of the pivot bearing and / or the pivot bearing of the connecting rod currently required oil pressure is increased, in order to support the adjustment of the adjustment of the first adjustment in the direction of and / or in the second adjustment position and / or for the purpose of damping or Dros- assessment the adjustment and / or the adjustment of the adjustment of the second adjustment position in the direction of and / or in the first adjustment position.
  • the oil pump can be actuated by the drive unit to increase the oil pressure in order to assist the adjustment of the adjustment element from the first adjustment position in the direction of and / or into the second adjustment position, essentially independently of that the current operating mode for lubrication and / or cooling of the bearing or bearings of the connecting rod required oil pressure.
  • the oil pump can be actuated by the actuation unit for increasing the oil pressure for throttling the speed of adjustment of the adjustment element from the second adjustment position toward and / or into the first adjustment position, if the operating mode is that of one Partial or full load operation at relatively low rotational speeds or other load operation, which is close to the operating mode in which a lower compression ratio is sufficient or should be in which should be switched to a lower compression ratio.
  • the adjustment of the compression ratio from a lower value to a higher value is always supported by increasing the oil pressure.
  • the oil pressure increase is required when relatively large gas forces act on the compression ratio adjustment from a high to a low value.
  • the rate of oil leakage from the support cylinder provided to support the gas forces is reduced to estimate the system prior to the formation of cavities. If, on the other hand, when switching from a high compression ratio to a lower compression ratio, comparatively low gas forces act, deceleration of the adjustment movement is not absolutely necessary.
  • a piston engine comprising
  • a compression piston arranged on the connecting rod, preferably a combustion chamber piston which is eccentrically adjustable by means of an eccentric or by means of an adjusting element and an adjusting system, preferably an adjusting linkage, the adjusting system being supported by means of at least one supporting piston movable in a supporting cylinder of the connecting rod, wherein the connecting rod shaft has the support cylinder, wherein the support cylinder is connected to an oil lubrication system and the oil lubrication system has a targeted variability of oil pressure for optimizing a per se due to external forces adjusting the adjustment system. It is provided that for adjusting the external forces such as inertial forces and gas forces are used.
  • the stroke adjustment is carried out exclusively with the aid of acting inertial forces or gas forces.
  • the adjustment is assisted by an increased oil pressure, which is supplied to the at least one support cylinder.
  • the piston engine has one or more connecting rods, wherein at least one connecting rod of the connecting rod shaft has a first and a second support cylinder, wherein the inner cross-sectional surfaces of the two support cylinders are different.
  • the connecting rod shaft has a first and a second support cylinder, wherein the support piston in the second support cylinder supports the inertial forces and the support piston in the first support cylinder supports the gas forces and wherein the first support cylinder has a larger inner cross-sectional area than the second support cylinder.
  • a piston engine in which the adjustment system has a first and a second lever arm, wherein the first lever arm has a different length than the second lever arm.
  • the two lever arms extend on both sides of the pivot point of an adjusting element for displacement of the compression piston relative to the connecting rod.
  • a development provides that a first support cylinder and a second support cylinder are provided, wherein the first support cylinder supports the gas forces and the second support cylinder, the mass forces, wherein the first support cylinder has a larger inner diameter than the second support cylinder, with a first lever arm and a second lever arm of the adjustment system, wherein the first lever arm moves a first piston in the first support cylinder and the second lever arm moves a second piston in the second support cylinder, and the second lever arm is shorter than the first lever arm.
  • an oil pump is provided in the oil lubricating system, which ensures the variability of the oil pressure, namely to the aimed to increase the pressure in the first support cylinder under the action of each acting external forces in the form of gas forces or inertial forces or in the second support cylinder to support the adjustment of the adjustment due to the respective acting external forces in the form of gas forces or mass forces.
  • a control device that coordinates the increase in pressure in the oil lubrication system at the time of adjustment of the stroke from lower to higher compression and / or vice versa.
  • a method for adjusting a stroke of a compression piston of a reciprocating engine, preferably a piston engine as above and / or also below described, wherein by means of an adjusting system to a connecting rod of the compression piston to support an adjustment by acting external forces, an oil pressure is increased briefly.
  • a further development of the method provides that an increase in pressure in an oil lubrication system is effected, specifically to assist in the adjustment of the stroke from lower to higher compression used, acting on the adjustment system or the compression piston mass forces and / or to accelerate the adjustment as needed of the stroke from higher to lower compression, using gas forces.
  • a further embodiment of the method provides that in the oil lubrication system, a pressure pulse is generated, which is selectively supplied to the support cylinder, for the active adjustment of the stroke from lower to higher compression and / or vice versa, in the oil from the oil lubrication system for adjusting " is pumped around.
  • a pressure pulse is generated, which is selectively supplied to the support cylinder, for the active adjustment of the stroke from lower to higher compression and / or vice versa, in the oil from the oil lubrication system for adjusting " is pumped around.
  • a pressure pulse is generated, which is selectively supplied to the support cylinder, for the active adjustment of the stroke from lower to higher compression and / or vice versa, in the oil from the oil lubrication system for adjusting " is pumped around.
  • the support cylinders of the VCR connecting rod are preferably designed with different inner diameters. This is advantageous since the mass forces to be supported are usually significantly lower than the gas forces.
  • the differences in the piston diameter thus have a positive side effect: With an applied oil pressure from the stroke bearing creates an additional moment on the adjustment, which twists this in the direction of high compression ratio. This effect can be put to good use, preferably one or more of the following aspects are used: - Choice of different Stützkolben graspmesser
  • the oil pressure can then be lowered back to the necessary for safe engine operation oil pressure.
  • kinematics such as different piston diameter and possibly different lever lengths
  • engine oil pressure increases leads to an additional torque on the adjusting element, which is of the order of magnitude comparable to the torque from the mass forces at low speeds.
  • this additional torque acts in the complete cycle, not only in the change of motion TDC.
  • the switching times are significantly reduced as a result.
  • a shutter is provided in the oil supply system to the support cylinders for this switching direction, which is dimensioned so small that the system for the highest possible compression piston cylinder peak pressure is not adjusted too quickly.
  • the engine oil pressure is increased when adjusting the VCR connecting rod for low to high compression ratio adjustment at low engine speeds
  • Fig. 1 is a schematic view of a connecting rod with support cylinders, in which to assist the forces acting to adjust the stroke external forces (inertia force or gas power) can be used to increase the oil pressure, another schematic view of the principle carried out adjustment of the compression ratio in the Be ⁇ drive sections of the piston engine on the external forces,
  • Fig. 3 is another schematic view of a support of the outer
  • Circuit diagrams for the hydraulic system in adjusting the compression ratio from a high to a low value (FIG. 4) and from a low to a high value (FIG. 5).
  • FIG. 1 shows an embodiment by means of which an adjustable change of a compression ratio in a piston engine 1 in the form of a Hubkol- benverbrennungskraftmaschine with a 4 indicated housing he ⁇ is possible, wherein optionally at least one connecting rod 17 has a connecting rod 17.1, on / in the two support cylinders 26 in the form of sleeves 26.1, 26.2 are attached.
  • the sleeves 26.1, 26.2 are pressed in this embodiment in the connecting rod shank 17.1.
  • the sleeves are sen 26.1, 26.2 made for the support cylinder of a material other than the connecting rod shaft 17.1;
  • the connecting rod 17.1 made of a cast steel and the sleeves 26.1, 26.2 of the support cylinder made of aluminum.
  • the connecting rod 17 has a large connecting rod bearing eye 3, via which the connecting rod 17 is mounted on the crankshaft 15, and a small connecting rod bearing eye 2, which carries the compression piston 13 via a pin 14.
  • an eccentric 5 is arranged, which is rotatably mounted.
  • the eccentric 5 has a bore 18 for receiving the piston pin 14.
  • the eccentric 5 On its outer surface, the eccentric 5 has a toothing 19.
  • the lever system 20 has a pivoting lever 16, which is positively connected to the toothing 19 of the eccentric 5 and pivots the eccentric 5, if necessary.
  • the pivot lever 16 and the eccentric 5 form an adjusting element 11 for adjusting the compression piston 13.
  • the adjusting element 11 has two levers 21, 22 which extend from the pivot point 9 of the adjusting element 11 and of which the lever 22 is longer than the one Lever 21.
  • the pivot lever 16 is supported on a support unit 7, as will be described below.
  • the lever system 20 is axially guided. Furthermore, the lever system 20 connecting joints 24 between the pivot lever 16 and on the two levers 21, 22 on. About the connecting joints 24 (piston) rods 25.1 and 25.2 articulated. In the connecting rod 17 turn 17.1 support cylinder components 10 in the form of, for example, sleeves 26.1, 26.2 are arranged as a support cylinder 26 in the connecting rod shank. In the sleeves 26.1, 26.2 support piston 27 are guided, on each of which the rods 25.1, 25.2 are articulated. In a researchgeru ⁇ by gas or inertial forces and allowed rotation of the eccentric 5, the two support piston 27.1, 27.2 in the respective support cylinders 26 (sleeves 26.1, 26.2).
  • the support cylinders 26 in the connecting rod 17 have channels 28.1, 28.2, each leading to a working space 29.1, 29.2 in the sleeves 26.1, 26.2 (support cylinder 26).
  • connecting rod bearing shells 30 are angeord ⁇ net. Since the bearing shells 30 are provided with a circumferential groove, which is in communication with an oil supply via the crankshaft, is in the groove at any time to an oil pressure. Incidentally, the course of movement with a change in the compression ratio emerges in more detail from DE-A-102005055 199, to which reference is hereby made and which therefore belongs to the subject of the present patent application.
  • a support of a caused by external forces adjusting the compression ratio may be, for example, DE ent ⁇ taken 102012014917 Al, the content of which hereby is one incorporated by reference in the present application.
  • the pulsation described in DE 10 2012 014917 A1 can be used in the solution proposed here as support for the gas force or mass force.
  • the mode of operation of the connecting rod 17 for setting a different compression ratio is explained below using the example of setting a low compression ratio. If a low Ver ⁇ seal ratio is desired in engine operation, so for example, a multi-way valve is brought into a position in which the two channels are released for the outflow of oil into the working space 29.1 and for the inflow of oil in the other working space 29.2. In those engine phases in which, as a result of the combustion, gas pressure forces on the connecting rod 17 and moves in the direction of the crankshaft (ie downwards), the support piston 27.1 is pushed further into the sleeve 26.1, so that the pressure in the first working space 29.1 is displaced oil in the channel 28.1.
  • the support piston 27.2 moves and sucks in the second working space 29.2 via the channel 28.2.
  • the eccentric 5 can thus rotate stepwise in the direction of the arrow 37 in Fig. 1.
  • This opposing displacement of the two support pistons 27.1, 27.2 is automatically terminated when the lifting movement of the Pleuels 17 reverses and the connecting rod moves back up.
  • the hydraulic resistor is preferably formed by a connecting line or by a throttle located therein.
  • This embodiment of a method is only an example, as well as the construction of the connecting rod, and not restrictive.
  • the support pistons used have a defined leakage path, which is enlarged here in relation to the first support piston 27.1 in the form of a special seal design of a sealing element.
  • FIG. 2 shows, in an exemplary embodiment, an at least 2-stage VCR system based on the principle of a variable connecting rod length.
  • This principle represents the main adjustment that is used according to the proposed invention.
  • an eccentric for receiving the piston pin in the small Pleuellagerauge is pivotally mounted.
  • the gas and mass forces acting on the piston lead to a torque acting on the eccentric.
  • a support mechanism comprising a lever, two support rods and two support pistons, is connected to the eccentric and transmits this moment to two support cylinders inserted in the connecting rod.
  • the support cylinder pointing in the direction of eccentricity ie the two support cylinders spaced farther from the pivot point of the eccentric, takes over the support of the moments resulting from the gas forces and the other support cylinder equivalently the inertia forces.
  • the two sides of the connecting rod will be called “GKS” (GasKraftsammlung) and “MKS” (MassenKraftsammlung).
  • GKS GasKraftsammlung
  • MKS MassenKrafttone
  • Both support cylinders can be filled with oil if required.
  • a check valve associated with each support cylinder allows the intermittent flow of oil and prevents oil leakage and vice versa.
  • a 3/2-way switching valve can open either the GKS or the MCS. This combination of check valves and switching valves forms a hydraulic freewheel whose direction can be selected.
  • the adjustment system of such a support system is thus provided with a first and second support piston, wherein the two support pistons have different connections with the respective support rod: the one support piston having a ball and socket connection has a smaller support piston diameter than the other support piston, the bolt connection having.
  • the lever transmits the torque resulting from the eccentricity, which can be due to the ever increasing combustion peak pressures of today's highly-charged gasoline engines at more than 300 Nm, on the support rods.
  • the translation formed by the relationship between eccentricity and lever length is z. B. at about 1/10.
  • the preferred lever-side hinge type is a classic bolt.
  • the hinge point to the support piston can also be designed as a bolt bearing.
  • the other preferred embodiment provides a ball joint. On the one hand, this allows a smaller support piston diameter, which has two positive side effects for the M KS, whose forces are at a significantly lower level than on the GKS:
  • the connecting rod becomes lighter as the structure around the support cylinder can be tightened accordingly.
  • the sealing element may thus also comprise a sealing system consisting of an O-ring and an overlying rectangular ring made of a PTFE composite material. Its friction has, for example, a breakaway torque of the eccentric of 0.5 Nm to 0.8 Nm result. This low-appearing torque level is only slightly exceeded at low speeds for a circuit in the direction "s_high" because of the very low mass forces in these operating points. Since only a slight surplus torque is associated with losses in the switching speed, the above-mentioned measures for these extreme operating points are therefore of great importance.
  • Fig. 3 shows another schematic view of the assistance of the acting external forces due to the increase of the oil pressure in one of the actuating cylinders.
  • FIG. 3 shows the hydraulic system which is used to support or decelerate the adjustment of the compression piston adjusting element 11 of FIG. 1 according to the invention.
  • This Hydrauliksys ⁇ tem is ultimately the oil lubrication and cooling system 40 of Reciprocating engine that supplies oil to the connecting rod bearings and crankshaft bearings. It is schematically illustrated in FIG. 3 that this oil lubrication system 40 has an oil pump 42 which can be actuated via a drive unit 44 in order to provide the oil pressure required in each case for the operation of the reciprocating piston engine.
  • FIG. 3 The conditions during the adjustment of the compression ratio from s ni edng to s h och is shown in FIG. 3 at ⁇ (and further in Fig. 5 as a circuit diagram) shown, while the adjustment of s h0C h to e ni edrig in FIG. 3 at ⁇ (and further as switching ⁇ image in Fig. 4) is shown.
  • the respectively adjusting movements in both situations with the corresponding directions are shown in FIG. 3 for the situation ⁇ with solid arrows and for the situation ⁇ with dashed arrows.
  • the connecting rod has two support cylinder with these associated support piston.
  • the connecting rod has only a single support cylinder with two prestige syndrome- men and a double-acting support piston between the work areas.
  • the support cylinders as shown in Fig. 1, are realized by separate components which are mounted on the shaft of the support piston.
  • the manner of forming the support piston is completely insignificant for the invention.
  • the invention can also be used for the adjustment of compression piston on the connecting rod, wherein the connecting rod integrally formed support cylinder or at least one integrally formed support cylinder.
  • the invention is not limited to the eccentric adjustment of a compression piston relative to the connecting rod.
  • Other adjustment mechanisms are also possible borrowed and realized within the scope of the invention.
  • the invention is primarily to be seen in the particular oil pressure variation for aiding and abrating the adjustment of the compression ratio from a first position to a second position.
  • the invention can be described alternatively by one of said following feature groups, wherein the feature groups are combined with one another and individual features of one Merkmalsgrup ⁇ pe with one or more features of one or more other feature groups and / or one or more of the refinements described above, further gene are combinable.
  • connecting rod (17) rotatably mounted with the crankshaft, the connecting rod (17) having a small (2) and a large bearing eye (3), and the connecting rod (17) having a connecting rod shaft (17.1),
  • a compression piston arranged on the connecting rod (17), preferably a combustion chamber piston, which is eccentrically adjustable by means of an eccentric (5) and an adjusting system, preferably an adjusting linkage, wherein the adjusting system by means of at least one support piston movable in a supporting cylinder of the connecting rod (17) (27, 27.1, 27.2) is supported, wherein the connecting rod shank (17.1) having the support cylinder, wherein the support cylinder is connected to an oil lubrication system and the oil lubrication system, the oil pressure to support the self-acting due to acting external forces adjusting the adjustment system of lower higher compression ratio and / or, if necessary, for damping slowing down an adjustment from higher to lower compression ratio.
  • Piston engine according to item 1, wherein the connecting rod shaft has a first and a second support cylinder, wherein the inner cross-sectional area of the first support cylinder is different from that of the second support cylinder, wherein the oil pressure is increased at an adjustment of the adjustment system.
  • Piston engine according to item 1 or 2 wherein the connecting rod shaft has a first and a second support cylinder, wherein the second support cylinder supports inertial forces and has a smaller inner cross-sectional area than the gas forces supporting the first support cylinder.
  • Piston machine according to one of the preceding figures, wherein the adjusting system has a first and a second lever arm, wherein the first lever arm has a different length than the second lever arm.
  • Piston engine according to one of the preceding figures, wherein a first support cylinder and a second support cylinder are provided, wherein the first support cylinder gas forces and the second support cylinder supports inertial forces, wherein the first support cylinder has a larger mecanicqueritessflä- surface than the second support cylinder, and wherein the adjustment system a first lever 22 and a second lever 20, wherein the first lever 22 moves a first piston 27.1 in the first support cylinder (26) and the second lever 20 moves a second piston 27.2 in the second support cylinder 26, and the second lever 20 is shorter than the first lever 22 piston machine according to one of the preceding figures, wherein an oil pump is provided in the oil lubrication system, which ensures the variability of the oil pressure, if necessary, to increase the pressure to slow down the transfer of the adjusting element 11 from the second toward and / or in the first adjustment position at Exposure of the gas forces on the support piston 27.1 in the first support cylinder 26 or always ensures the transfer of the adjusting element 11 from the second in the
  • Piston engine according to one of the preceding figures, wherein a control device is provided that performs a coordination of a pressure increase in the oil lubrication system for adjusting the stroke of lower to higher compression.
  • a method according to item 8 wherein an increase in the pressure of oil of an oil lubrication system is effected to assist in the adjustment of a low to a high compression behavior acting mass forces or to accelerate due to gas forces adjustment from a high to a low compression ratio.
  • Method according to item 8 or 9 wherein the pressure increase in the oil lubrication system takes place by means of one or more pressure pulses.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine umfassend -eine Kurbelwelle, -zumindest ein mit der Kurbelwelle mitrotierendes Pleuel (17), wobei das Pleuel (17) ein kleines (2) und ein großes Auge (3) aufweist, und wobei das Pleuel (17) einen Pleuelschaft (17.1) aufweist, -einen am Pleuel (17) angeordneten Verdichtungskolben, vorzugsweise einen Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters (5) und einem Verstellsystem, bevorzugt einem Verstellgestänge, exzentrisch verstellbar ist, wobei das Verstellsystem mittels zumindest eines in einem Stützzylinder des Pleuels (17) verfahrbaren Stützkolbens (27, 27.1, 27.2) sich abstützt, wobei der Pleuelschaft (17.1) den Stützzylinder aufweist, wobei der Stützzylinder angeschlossen ist an ein Ölschmiersystem und das Ölschmiersystem eine gezielte Variabilität eines Öldrucks aufweist zum Unterstützen eines Verstellens des Verstellsystems aufgrund wirkender äußerer Kräfte. Des Weiterenwird ein Verfahren zum Verstellen eines Hubes eines Verdichtungskolbens einer Kolbenmaschine vorgeschlagen.

Description

VCR-Kolbenmaschine und Verfahren
zur Verstellung der VCR-Kolbenmaschine
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 007 052.2 vom 15. Mai 2014 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehört.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine VCR-Kolbenmaschine umfassend eine Kurbelwelle, zumindest einen an der Kurbelwelle drehbar gelagerten Pleuel, wobei der Pleuel ein kleines und ein großes Lagerauge aufweist, und wobei das Pleuel einen Pleuelschaft aufweist, mit einen am Pleuel ange- ordneten Verdichtungskolben, vorzugsweise einen Brennkammerkolben, der mittels z.B. eines Exzenters oder anderen Verstellelements und eines Verstellsystems, bevorzugt eines Verstellgestänges, verstellbar ist, wobei das Verstellsystem das Verstellelement mittels zumindest eines in einem Stützzylinder des Pleuels verfahrbaren Stützkolbens abstützt. Des Weiteren wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine über am Verstell System angreifende, äußere Kräfte erfolgende Verstellung durch zusätzliche Verstellkräfte ergänzt bzw. verbessert wird.
Im Stand der Technik existieren eine Vielzahl von verschiedenen Lösungen für eine Änderung der Verdichtung während des Betriebs einer Hubkolbenmaschine. So ist in DE-A-10 2007 040 699 eine magnetische Lösung beschrieben. Die Erfindung geht jedoch eher von einer Kolbenmaschine aus, wie sie aus DE-A- 10 2005 055 199 bekannt ist. Auf den Inhalt dieser Druckschrift wird bezüglich des Umfangs der Offenbarung der Erfindung verwiesen, da aus der Druck- schrift der grundsätzliche Aufbau der Kolbenmaschine und eines möglichen einsetzbaren, speziellen Pleuels hervorgeht. Der Inhalt dieser Druckschrift ge- hört somit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung.
Weitere Beispiele für Hubkolbenmaschinen mit veränderbarem Verdichtungs- Verhältnis sind aus DE-A-10 2012 107 868, DE-A-10 2011 108790 und DE-A- 102012014917 bekannt. Die letzten beiden Schriften betreffen die Auslösung der Umschaltung des Verdichtungsverhältnisses mittels Druckimpulsen im Mo- torölsystem, die zur Betätigung eines Schalters verwendet werden, ohne dass bei der anschließend erfolgenden Umstellung des Verdichtungsverhältnisses ein erhöhter Motoröldruck verwendet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein sicheres Ändern eines Hubes bei einer Hubkolbenmaschine für verschiedene Betriebsbereiche zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit einer Kolbenmaschine mit den Merkmalen des An¬ spruch 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Unteransprüchen hervor. Die aus den einzelnen Unteransprüchen hervorgehenden Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestal- tungen beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus den Haupt-wie auch aus den Unteransprüchen durch ein oder mehrere Merkmale aus der nachfolgenden Beschreibung präzisiert, oder auch ausgetauscht werden. Insbesondere sollen die vorliegenden Ansprüche die Erfindung nicht beschränken. Auch können ein oder mehrere Merkmale aus verschiedenen Aus- gestaltungen zu weiteren Weiterbildungen der Erfindung verknüpft werden.
Nach der Erfindung wird zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses, d.h. nicht notwendigerweise zur oder nicht nur zur Auslösung einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Motoröldruck kurzzeitig bzw. für die Dauer der Verstellung erhöht. Dies führt bei Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem niedrigeren zu einem höheren Wert (hierbei wird die effektive Pleuellänge vergrößert) zu einer Unterstützung der Massenkräfte, die bei der Hubbewegungsumkehr im oberen Totpunkt des Verdichtungskolbens an diesem "ziehen" und gemäß dem Stand der Technik für diese Verstellrichtung genutzt werden. Aber auch bei Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert kann durch Erhöhung des Mo- toröldrucks eine verbesserte Leistungsfähigkeit des Verstellsystems erzielt werden. Bei Verstellung von einem höheren Verdichtungsverhältnis zu einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis wirken auf den Verdichtungskolben die Gaskräfte, die zu einer Verkürzung der effektiven Pleuellänge genutzt werden. Diese Kräfte sind sehr groß, weshalb Öl von dem einen Stützzylinder in den anderen mit großer Geschwindigkeit "umgepumpt" wird. Eine ähnliche Situation ist gegeben, wenn ein Verstell System mit einem einzigen Stützzylinder mit doppelt wirkendem Stützkolben verwendet wird. Hohe Öldrücke und hohe Öl- fließgeschwindigkeiten können zu Kavitätsbildungen im System führen, was nachteilig ist. Deshalb befindet sich in dieser Phase des Umschaltens des Vers- tellsystems im Olabführkanal des die Gaskräfte abstützenden Stützzylinders herkömmlicherweise eine Blende, die die Ölabflussgeschwindigkeit auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Dies ist wiederum insoweit von Nachteil, als dann, wenn bei geringen Lasten und damit bei geringeren Gaskräften vom höheren Verdichtungsverhältnis auf ein niedrigeres umgeschaltet werden soll, dieser Umschaltvorgang vergleichsweise langsam erfolgt. Wenn nun der Motoröldruck und damit der Druck in den Stützzylindern gezielt erhöht werden kann, wie dies nach der Erfindung vorgesehen ist, so kann bei Verwendung einer größer dimensionierten Blende das System bei hohen Lasten, also bei hohen Gaskräften abgebremst werden, mit dem Vorteil, dass durch Verzicht auf diese (Gegendruck-)Abbremsung bei geringen Lasten eine ebenfalls schnelle Umschaltung des Verdichtungsverhältnisses erfolgt. Die gezielte Öldruckerhöhung in den Stützzylindern ist also erfindungsgemäß in beiden Umschaltrichtungen des Verdichtungsverhältnisses von Vorteil . In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ansteuereinheit die Ölpumpe des Ölschmiersystems im Bedarfsfall zur Bereitstellung von dem Stützzylinder zuzuführendem Öl mit einem Druck, der gegenüber dem zur Ver- sorgung des Drehlagers und/oder der Drehlager des Pleuels aktuell erforderlichen Öldruck erhöht ist, ansteuert, und zwar zwecks Unterstützung der Verstellung des Verstellelements aus der ersten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die zweite Verstellposition und/oder zwecks Dämpfung bzw. Dros- seiung der Verstellung und/oder der Verstellgeschwindigkeit des Verstellelements aus der zweiten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die erste Verstellposition.
Ferner kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Ölpumpe von der Ansteuer- einheit zur Erhöhung des Öldrucks zwecks Unterstützung der Verstellung des Verstellelements aus der ersten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die zweite Verstellposition ansteuerbar ist, und zwar im Wesentlichen unabhängig von dem aufgrund des aktuellen Betriebsmodus zur Schmierung und/oder Kühlung des bzw. der Lager des Pleuels erforderlichen Öldrucks.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, dass die Ölpumpe von der Ansteuerein- heit zur Erhöhung des Öldrucks zwecks Drosselung der Geschwindigkeit der Verstellung des Verstellelements aus der zweiten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die erste Verstellposition ansteuerbar ist, wenn der Betriebs- modus derjenige eines Teil- oder Volllastbetriebs bei vergleichsweise niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten oder eines anderen Lastbetriebs ist, der nahe demjenigen Betriebsmodus ist, in dem ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis ausreichend bzw. wünschenswert ist bzw. in dem auf ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis umgeschaltet werden sollte.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass grundsätzlich in sämtlichen Betriebsmodi der Hubkolbenmaschine die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem niedrigeren Wert auf einen höheren Wert stets durch Erhöhung des Öldrucks unterstützt wird . Bei umgekehrter Verstellung ist dies erfin- dungsgemäß nicht immer der Fall bzw. erforderlich. Die Öldruckerhöhung ist erforderlich, wenn bei der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem hohen auf einen niedrigen Wert vergleichsweise große Gaskräfte wirken. In diesem Fall wird dann mit einer Erhöhung des Öldrucks die Geschwindigkeit des Austritts von Öl aus dem zur Abstützung der Gaskräfte vorgesehenen Stützzylinder reduziert, um das System vor der Entstehung von Kavitäten zu schätzen. Wenn hingegen bei der Umschaltung von einem hohen Verdich- tungsverhältnis auf ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis vergleichsweise geringe Gaskräfte wirken, ist eine Abbremsung der Verstellbewegung nicht zwingend erforderlich.
Gemäß einer speziellen Weiterbildung der Erfindung eine Kolbenmaschine vorgeschlagen, umfassend
eine Kurbelwelle,
zumindest einen an der Kurbelwelle drehbar gelagerten Pleuel mit einem Pleuelschaft,
einen am Pleuel angeordneten Verdichtungskolben, vorzugsweise einen Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters oder allgemein mittels eines Verstellelements und einem Verstell System, bevorzugt einem Verstellgestänge, z.B. exzentrisch verstellbar ist, wobei das Verstell System mittels zumindest eines in einem Stützzylinder des Pleuels verfahrbaren Stützkolbens sich abstützt, wobei der Pleuelschaft den Stützzylinder aufweist, wobei der Stützzylinder angeschlossen ist an ein Ölschmiersystem und das Ölschmiersystem eine gezielte Variabilität eines Öldrucks aufweist zum Optimieren eines an sich aufgrund äußerer Kräfte erfolgenden Verstellens des Verstellsystems. Hierbei ist vorgesehen, dass zum Verstellen die äußeren Kräfte wie Massenkräfte bzw. Gaskräfte eingesetzt werden. Bevorzugt wird in einem ersten Betriebsbereich die Hubverstellung ausschließlich mit Hilfe von wirkenden Massenkräften bzw. Gaskräften durchgeführt. In einem zweiten Betriebsbereich der Kolbenmaschine wird hingegen das Verstellen unterstützt durch einen er- höhten Öldruck, der dem mindestens einen Stützzylinder zugeführt wird. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Kolbenmaschine ein oder mehrere Pleuel aufweist, wobei bei zumindest einem Pleuel der Pleuelschaft einen ersten und einen zweiten Stützzylinder aufweist, wobei die Innenquer- schnittsflächen der beiden Stützzylinder verschieden groß sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Pleuelschaft einen ersten und einen zweiten Stützzylinder aufweist, wobei der Stützkolben im zweiten Stützzylinder die Massenkräfte abstützt und der Stützkolben im ersten Stützzylinder die Gaskräfte abstützt und wobei der erste Stützzylinder eine größere Innenquerschnittsfläche als der zweite Stützzylinder aufweist.
Des Weiteren ist eine Kolbenmaschine vorgesehen, bei der das Verstell System einen ersten und einen zweiten Hebelarm aufweist, wobei der erste Hebelarm eine andere Länge aufweist als der zweite Hebelarm. Die beiden Hebelarme erstrecken sich beidseitig des Drehpunkts eines Verstellelements zur Verschiebung des Verdichtungskolbens relativ zum Pleuel.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein erster Stützzylinder und ein zweiter Stützzylinder vorgesehen sind, wobei der erste Stützzylinder die Gaskräfte ab- stützt und der zweite Stützzylinder die Massenkräfte, wobei der erste Stützzylinder einen größeren Innendurchmesser aufweist als der zweite Stützzylinder, mit einem ersten Hebelarm und einem zweiten Hebelarm des Verstellsystems, wobei der erste Hebelarm einen ersten Kolben im ersten Stützzylinder bewegt und der zweite Hebelarm einen zweiten Kolben im zweiten Stützzylinder be- wegt, und der zweite Hebelarm kürzer ist als der erste Hebelarm.
Der Ausgestaltung des Verstellmechanismus mit zwei unterschiedlich langen Hebelarmen gemäß obiger Beschreibung kommt im Rahmen dieser Patentanmeldung selbstständige erfindungswesentliche Bedeutung zu.
Wiederum kann auch vorgesehen sein, dass eine Ölpumpe im Ölschmiersys- tem vorgesehen ist, die die Variabilität des Öldrucks sichert, und zwar zur ge- zielten Erhöhung des Drucks im ersten Stützzylinder bei Einwirkung von jeweils wirkenden äußeren Kräften in Form der Gaskräfte bzw. Massenkräfte oder im zweiten Stützzylinder zum Unterstützen des Verstellen des Verstellsystems infolge der jeweils wirkenden äußeren Kräfte in Form der Gaskräfte bzw. Massen kräfte.
Auch wird vorgeschlagen, dass ein Steuergerät vorgesehen ist, dass eine Koordinierung einer Druckerhöhung im Olschmiersystem zum Zeitpunkt einer Verstellung des Hubs von niedriger zu höherer Verdichtung und/oder umge- kehrt vornimmt.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der allein wie auch in Kombination mit ein oder mehreren anderen Gedanken der Erfindung weiterverfolgt werden kann, wird ein Verfahren zum Verstellen eines Hubes eines Verdich- tungskolbens einer Kolbenmaschine vorgeschlagen, vorzugsweise einer Kolbenmaschine wie oben und/oder auch nachfolgend beschrieben, wobei mittels eines Verstellsystems an einem Pleuel des Verdichtungskolbens zum Unterstützen eines Verstellens durch wirkende äußere Kräfte ein Öldruck kurzzeitig erhöht wird.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass eine Druckerhöhung in einem Olschmiersystem bewirkt wird, und zwar zur Unterstützung der zur Verstellung des Hubs von niedriger zu höherer Verdichtung genutzten, auf das Verstell System bzw. den Verdichtungskolben wirkenden Massenkräften und/oder zur bedarfsweisen Beschleunigung der Verstellung des Hubs von höherer zu niedrigerer Verdichtung, wozu Gaskräfte genutzt werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht wiederum vor, dass im Olschmiersystem ein Druckimpuls erzeugt wird, der gezielt dem Stützzylinder zugeführt wird, und zwar zur aktiven Verstellung des Hubs von niedrigerer zu höherer Verdichtung und/oder umgekehrt, bei dem Öl aus dem Olschmiersystem zum Verstellen "umgepumpt" wird. Bei einem 2-stufigen oder mehrstufigen VCR System stützen sich die aus den Gas- und Massen kräften entstehenden Momente mittels eines Abstützmecha¬ nismus auf den jeweiligen Ölpolstern ab, die sich in den Stützzylindern befinden. Hierzu wird auf den Inhalt der DE-A-10 2013 021 065 verwiesen, der durch diese Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehört.
Eine Verstellung ist durch die äußeren Kräfte möglich, die über den Kolben als Drehmoment auf den Exzenter bzw. das Verdichtungskolben-Verstellelement wirken. Für eine Verstellung von einem hohen zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis werden die Gaskräfte genutzt. Diese führen schon bei mittle¬ ren Lasten zu einem relativ hohen Drehmoment am Exzenter bzw. Verstellmoment am Verstellelement, so dass diese Schaltrichtung sowohl mit zusätzlicher als auch ohne zusätzliche Unterstützung erfolgen kann. Bei einer Verstel- lung von einem niedrigen zu einem hohen Verdichtungsverhältnis ist es hinge¬ gen bevorzugt, eine Unterstützung zusätzlich zu den Massenkräfte vorzunehmen, die den Pleuel "lang ziehen" sollen. Denn Massenträgheitskräfte wirken
1.) nur in einem rel. kurzen Bereich des Hubzyklus, nämlich im Bereich der Hubumkehrbewegung im oberen Totpunkt (OT) des Verdichtungskolbens
(Bewegungswechsel-OTs) und
2.) sind bei kleinen Drehzahlen (<1.000 min-1) relativ gering (<ll\lm am Exzenter).
Bei kleinen Drehzahlen liegt das Momentniveau kaum über dem Losbrechmoment des VCR-Pleuels. Kleinste Unterschiede in der Reibung, z.B. der Dichtun¬ gen der Stützkolben, können daher einen großen Einfluss auf die Schaltgeschwindigkeit haben. Durch die Unterstützung mittels Erhöhung des Öldrucks wird das Momentenniveau für eine Verstellung von einem niedrigen zu einem hohen Verdichtungsverhältnis derart angehoben, dass die Verstellung sicher funktioniert. Die Stützzylinder des VCR-Pleuels werden bevorzugt mit unterschiedlich großen Innendurchmesser ausgelegt. Dies ist vorteilhaft, da die abzustützenden Massenkräfte üblicherweise deutlich geringer sind als die Gaskräfte. Die Unterschiede im Kolbendurchmesser haben somit einen positiven Nebeneffekt: Bei einem anliegenden Öldruck vom Hublager entsteht ein zusätzliches Moment am Verstellelement, das dieses in Richtung hohes Verdichtungsverhältnis verdreht. Diesen Effekt kann man sich zu Nutze machen, wobei vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Aspekte zum Einsatz kommen : - Wahl unterschiedlicher Stützkolbendurchmesser
- Zusätzlich Wahl unterschiedlicher Verstellhebellänge am Verstellelement für die Abstützung der Gas- und Massenkraft - Variabilität des Motoröldrucks
- Bei einer Verstellung von einem niedrigen zu einem hohen Verdichtungsverhältnis bei kleinen Drehzahlen, z. B. <2.000 min"1, wird ein hoher Motor-Öldruck gewählt, auch wenn dieser für die Lagerschmierung eigentlich nicht notwendig wäre.
- Nach der Verstellung, zum Beispiel nach ca. ls, kann der Öldruck dann wieder auf den für den sicheren Motorbetrieb notwendigen Öldruck abgesenkt werden .
Die Kombination aus Kinematik (wie z. B. verschiedene Stützkolbendurchmesser und evtl . unterschiedliche Hebellängen) und Motoröldruckerhöhung führt zu einem zusätzlichen Drehmoment am Verstellelement, das von der Größenordnung vergleichbar mit dem Drehmoment aus den Massenkräften bei kleinen Drehzahlen ist. Dieses Zusatz-Moment wirkt gemäß einer Ausgestaltung darüber hinaus im kompletten Zyklus, nicht nur im Bewegungswechsel-OT. Die Schaltzeiten verringern sich hierdurch deutlich . Zusätzlich kann durch eine gezielte Wahl des Motoröldrucks aber auch für eine Verstellung von einem hohen zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis ein positiver Effekt erzielt werden, was nachfolgend erläutert wird. Herkömmlicherweise ist im Ölzuführungssystem zu den Stützzylindern für diese Schaltrichtung eine Blende vorgesehen, die so klein dimensioniert ist, dass sich das System für den höchstmöglichen Verdichtungskolbenzylinder- Spitzendruck nicht zu schnell verstellt. Ansonsten kann es z.B. zur Kavitation an den Rückschlagventilen kommen, die den jeweiligen Stützzylindern zuge- ordnet sind. Wenn nun bei kleineren Lasten (Teillastbetrieb der Hubkolbenma¬ schine) in das niedrige Verdichtungsverhältnis geschaltet werden soll, wäre es von Vorteil, wenn die Blende größer dimensioniert wäre, was eine zulässige schnellere Verstellung des Systems zur Folge hätte. Daraus folgt, dass man eine größere Blende für die Verstellung von hohem zu niedrigem Verdich- tungsverhältnis wählt und das System für den Fall höherer Last mittels eines kurzzeitig erhöhten Motoröldrucks "bremst". Des Weiteren besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Blenden zu nutzen, zum Beispiel zwei verschiedene Leitungen mit unterschiedlicher Blende bzw. eine verstellbare Blende zu verwenden.
Vorzugsweise wird ein Verfahren gewählt wird, bei dem
- der Motoröldruck bei einer Verstellung des VCR-Pleuels angepasst wird
- Insbesondere: Der Motoröldruck bei einer Verstellung des VCR-Pleuels für eine Verstellung vom niedrigen zum hohen Verdichtungsverhältnis bei geringen Motordrehzahlen erhöht wird, und
- Der Motoröldruck bei einer Verstellung (z.B. im Teillastbetrieb) vom hohen zum niedrigen Verdichtungsverhältnis bei hohen Lasten, d.h. hohe Zylinderspitzendrücke, erhöht wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den Figuren hervorgehenden Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelne Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus ein oder mehreren Ausgestaltungen untereinander wie aber auch mit Merkmalen aus der obigen allgemeinen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Daher dienen die folgenden Ausgestaltungen zur Veranschaulichung von verschiede- nen Möglichkeiten und Aspekten der Erfindung, ohne aber diese auf diese Ausgestaltungen beschränken zu wollen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Pleuels mit Stützzylindern, in deren zur Unterstützung der zum Verstellen des Hubs wirkenden äußeren Kräfte (Massenkraft bzw. Gaskraft) eine Erhöhung des Öldrucks genutzt werden kann, eine weitere schematische Ansicht hinsichtlich der grundsätzlich durchgeführten Verstellung des Verdichtungsverhältnisses in den Be¬ triebsbereichen der Kolbenmaschine über die äußeren Kräfte,
Fig. 3 eine weitere schematische Ansicht einer Unterstützung der äußeren
Kräfte beim Verstellen des Verdichtungsverhältnisses durch Anhebung des Öldrucks in beiden Stützzylindern
Fign. 4 und 5
Schaltbilder für das Hydrauliksystem beim Verstellen des Verdichtungsverhältnisses von einem hohen auf einen niedrigen Wert (Fig. 4) und von einem niedrigen auf einen hohen Wert (Fig. 5).
Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung, mittels der eine einstellbare Änderung eines Verdichtungsverhältnisses bei einer Kolbenmaschine 1 in Form einer Hubkol- benverbrennungskraftmaschine mit einem bei 4 angedeuteten Gehäuse er¬ möglicht ist, wobei gegebenenfalls mindestens ein Pleuel 17 einen Pleuelschaft 17.1 aufweist, an/in dem zwei Stützzylinder 26 in Form von Hülsen 26.1, 26.2 befestigt sind. Die Hülsen 26.1, 26.2 sind in diesem Ausführungsbeispiel in dem Pleuelschaft 17.1 verpresst. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Hül- sen 26.1, 26.2 für die Stützzylinder aus einem anderen Material als der Pleuelschaft 17.1 hergestellt; z.B. sind der Pleuelschaft 17.1 aus einem Gussstahl und die Hülsen 26.1, 26.2 der Stützzylinder aus Aluminium hergestellt. Der Pleuel 17 weist ein großes Pleuellagerauge 3, über das der Pleuel 17 an der Kurbelwelle 15 gelagert ist, und ein kleines Pleuellagerauge 2 auf, das über einen Zapfen 14 den Verdichtungskolben 13 trägt. In dem kleinen Pleuellagerauge 2 ist wiederum ein Exzenter 5 angeordnet, der drehbar gelagert ist. Der Exzenter 5 weist eine Bohrung 18 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 14 auf. An seiner Außenfläche weist der Exzenter 5 eine Verzahnung 19 auf. Über diese Verzahnung 19 ist der Exzenter 5 formschlüssig mit einem Hebelsystem 20 verbunden, das als Abstützmechanismus und vorzugsweise auch als Rücklauf¬ sperre wirkt. Das Hebelsystem 20 weist einen Schwenkhebel 16 auf, der mit der Verzahnung 19 des Exzenters 5 formschlüssig verbunden ist und den Ex- zenter 5 im Bedarfsfall verschwenkt. Der Schwenkhebel 16 und der Exzenter 5 bilden ein Verstellelement 11 zum Verstellen des Verdichtungskolbens 13. Kinematisch betrachtet weist das Verstellelement 11 zwei Hebel 21, 22 auf, die sich vom Drehpunkt 9 des Verstellelements 11 aus erstrecken und von denen der Hebel 22 länger ist als der Hebel 21. Über seinen ersten Hebel 21 und den zweiten Hebel 22 ist der Schwenkhebel 16 an einer Abstützeinheit 7 abgestützt, wie nachfolgend beschrieben wird.
Aus Fig. 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass das Hebelsystem 20 axial geführt ist. Ferner weist das Hebelsystem 20 Verbindungsgelenke 24 zwischen dem Schwenkhebel 16 bzw. an dessen beiden Hebeln 21, 22 auf. Über die Verbindungsgelenke 24 sind (Kolben-)Stangen 25.1 und 25.2 angelenkt. Im Pleuel 17 wiederum sind in dessen Pleuelschaft 17.1 Stützzylinder-Bauteile 10 in Form von z.B. Hülsen 26.1, 26.2 als Stützzylinder 26 angeordnet. In den Hülsen 26.1, 26.2 sind Stützkolben 27 geführt, an denen jeweils die Stangen 25.1, 25.2 angelenkt sind. Bei einer durch Gas- oder Massenkräfte hervorgeru¬ fenen und zugelassenen Verdrehung des Exzenters 5 verschieben sich die beiden Stützkolben 27.1, 27.2 in den jeweiligen Stützzylindern 26 (Hülsen 26.1, 26.2). Die Stützzylinder 26 im Pleuel 17 weisen Kanäle 28.1, 28.2 auf, die jeweils zu einem Arbeitsraum 29.1, 29.2 in den Hülsen 26.1, 26.2 (Stützzylinder 26) führen. Am großen Pleuellagerauge 3 sind Pleuellagerschalen 30 angeord¬ net. Da die Lagerschalen 30 mit einer umlaufenden Nut versehen sind, die in Verbindung mit einer Ölversorgung über die Kurbelwelle steht, liegt in der Nut zu jedem Zeitpunkt ein Öldruck an. Der Bewegungsablauf bei einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses geht im Übrigen näher aus der DE-A- 102005055 199 hervor, auf die hiermit Bezug genommen wird und die somit zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehört.
Eine Unterstützung einer durch äußere Kräfte hervorgerufenen Verstellung des Verdichtungsverhältnisses kann zum Beispiel der DE 102012014917 AI ent¬ nommen werden, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gehört. Die in DE 10 2012 014917 AI beschrie- bene Pulsation kann bei der hier vorgeschlagenen Lösung als Unterstützung der Gaskraft bzw. Massenkraft eingesetzt werden.
Die Funktionsweise des Pleuels 17 zur Einstellung eines anderen Verdichtungs¬ verhältnisses wird im Folgenden am Beispiel der Einstellung eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses erläutert. Wird im Motorbetrieb ein niedriges Ver¬ dichtungsverhältnis gewünscht, so wird zum Beispiel ein Mehrwegeventil in eine Stellung gebracht, in der die beiden Kanäle für den Abfluss von Öl in den Arbeitsraum 29.1 und für den Zufluss von Öl in den anderen Arbeitsraum 29.2 freigegeben sind. In denjenigen Motorphasen, in denen in Folge der Verbren- nung Gasdruckkräfte auf dem Pleuel 17 lasten und sich dieses in Richtung Kurbelwelle (also nach unten) bewegt, wird der Stützkolben 27.1 weiter in die Hülse 26.1 hineingeschoben, so dass das in dem ersten Arbeitsraum 29.1 befindliche Öl in den Kanal 28.1 verdrängt wird. Gleichzeitig verfährt der Stützkolben 27.2 und saugt über den Kanal 28.2 Öl in den zweiten Arbeitsraum 29.2 hinein. Der Exzenter 5 kann sich somit schrittweise in Richtung des Pfeils 37 in Fig. 1 verdrehen. Diese gegenläufige Verschiebung der beiden Stützkolben 27.1, 27.2 wird automatisch beendet, wenn sich die Hubbewegung des Pleuels 17 umkehrt und der Pleuel sich wieder nach oben bewegt. Jetzt wirkt auf den zweiten Stützkolben 27.2 eine Kraft, die durch die Trägheit der "beschleunigten" Masse des Verdichtungskolbens, des Exzenters 5 sowie des Hebelsystems 20 resultiert. Da der Kanal 28.2 nicht freigegeben ist (das nicht gezeigte Ventil ist geschlossen), stützt sich der Stützkolben 27.2 auf dem Öl- volumen in den Arbeitsraum 29.2 ab. Eine Verdrehung des Exzenters 5 in Gegenrichtung ist nicht möglich, da der erste Arbeitsraum 29.1 verschlossen ist und der erste Stützkolben 27.1 nicht eintauchen kann . Bei nächster Umkehr der Pleuelbewegung "zieht" die Massekraft an dem zweiten Stützkolben 27.2, so dass wieder Öl in den Arbeitsraum 29.2 gelangen könnte. Gleichzeitig verdrängt der erste Stützkolben 27.1 Öl aus dem Arbeitsraum 29.1. Diese schrittweise gegensinnige Bewegung der beiden Stützkolben 27.1, 27.2 führt insoweit ggf. über mehrere Arbeitszyklen der Kolbenmaschine zu einer Verdrehung des Exzenters aus der einen Verdreh-Endstellung, bei der sich einer der beiden Stützkolben 27 am Boden des zugehörigen Stützzylinders 26 befindet, während der andere Stützkolben vom Boden "seines" Stützzylinders beabstandet ist, in die andere Verdreh-Endstellung, in der die Situation hinsichtlich der von den Stützkolben jeweils eingenommenen Position genau umgekehrt zum zuvor Beschriebenen ist.
Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem (bzw. dem) kleineren Wert zu einem (bzw. dem) größeren Wert wird dafür gesorgt, dass nur dann, wenn an dem Stützkolben 27.2 "gezogen" wird (was infolge der Massen- trägheit mit Beginn der Abwärtsbewegung des Verdichtungskolbens zum Ansaugen von Luft in den Brennraum der Fall ist), eine Verstellung des Hebelsystems 20 und damit eine Verdrehung des Exzenters entgegen dem Pfeil 37 der Fig . 1 in Richtung zu der dort gezeigten Exzenterposition erfolgt. Je nach Auslegung eines oder mehrerer hydraulischen Widerstände und einer Größe der Triebwerkskräfte kann sich daher ein Eintauchvorgang über mehrere Arbeitszyklen erstrecken . Der hydraulische Widerstand wird vorzugsweise durch eine Verbindungsleitung oder durch eine darin befindliche Drosselstelle gebildet. Diese Ausgestaltung eines Verfahrens ist nur beispielhaft, ebenso wie der Aufbau des Pleuels, und nicht beschränkend. Die verwendeten Stützkolben weisen einen definierten Leckagepfad auf, der hier in Bezug auf den ersten Stützkolben 27.1 vergrößert in Form einer speziellen Dichtungsgestaltung eines Dicht- elements ermöglicht ist.
Fig. 2 zeigt in beispielhafter Ausgestaltung ein mindestens 2-stufiges VCR- System basierend auf dem Prinzip einer variablen Pleuellänge. Dieses Prinzip stellt die Hauptverstellmöglichkeit dar, die gemäß der vorgeschlagenen Erfin- dung zum Einsatz kommt. Hierzu ist ein Exzenter zur Aufnahme des Kolbenbolzens im kleinen Pleuellagerauge schwenkbar gelagert. Die auf den Kolben wirkenden Gas- und Massenkräfte führen zu einem auf den Exzenter wirkenden Drehmoment. Ein Abstützmechanismus, aufweisend einen Hebel, zwei Stützstangen und zwei Stützkolben, ist mit dem Exzenter verbunden und über- trägt dieses Moment auf zwei im Pleuel eingebrachte Stützzylinder. Der in Exzentrizitäts-Richtung weisende Stützzylinder, d.h. der weiter vom Drehpunkt des Exzenters beabstandete der beiden Stützzylinder übernimmt die Abstüt- zung der aus den Gaskräften resultierenden Momenten, der andere Stützzylinder äquivalent die der Massenträgheitskräfte. Nachfolgend werden die beiden Seiten des Pleuels daher "GKS"(GasKraftSeite) und "MKS"(MassenKraftSeite) genannt. Beide Stützzylinder können bei Bedarf mit Öl gefüllt werden. Ein jedem Stützzylinder zugeordnetes Rückschlagventil erlaubt den intermittierenden Zufluss von Öl und verhindert ein Abfließen von Öl und umgekehrt. Über zum Beispiel ein 3/2-Wege Schaltventil lässt sich wahlweise die GKS bezie- hungsweise die MKS öffnen. Diese Kombination aus Rückschlagventilen und Schaltventilen bildet einen hydraulischen Freilauf, dessen Laufrichtung wählbar ist. Im Falle der gewählten Stellung eines hohen Verdichtungsverhältnisses, auch "s_high" genannt, stützen sich die auf den Exzenter mathematisch positiv wirkenden Momente auf der Ölsäule der GKS ab. Die aus den Massenkräften herrührenden mathematisch negativ wirkenden Momente werden in dieser Stellung über einen direkten, metallischen Kontakt des MKS-Stützkolbens auf den Pleuel übertragen. In der Stellung für ein niedriges Verdichtungsverhältnis, abgekürzt "ε_Ιονν", sind die Gegebenheiten vertauscht. Ein positiver Nebeneffekt für die Stellung "ε_Ιονν" ist, dass die in dieser Stellung üblicherweise höheren Gaskräfte sich nun nicht mehr auf der Ölsäule abstützen und so der Öldruck in dem Stützzylinder auf einem niedrigeren Niveau bleibt. Das Verstell- System des derartigen Abstützsystems ist somit mit einem ersten und zweiten Stützkolben versehen, wobei die beiden Stützkolben unterschiedliche Verbindungen mit der jeweiligen Stützstange besitzen : der eine Stützkolben, der eine Kugelkopfverbindung aufweist, hat einen kleineren Stützkolbendurchmesser als der andere Stützkolben, der eine Bolzenverbindung aufweist. Der Hebel überträgt das aus der Exzentrizität entstehende Moment, das durch die immer weiter ansteigenden Verbrennungsspitzendrücken der heutigen, hoch aufgeladenen Ottomotoren bei mehr als 300 Nm liegen kann, auf die Stützstangen . Die aus dem Verhältnis zwischen Exzentrizität und Hebellänge gebildete Übersetzung liegt z. B. in etwa bei 1/10. In Verbindung mit den von der jeweiligen ε- Stellung abhängigen Kraftangriffswinkel zwischen Stützstangen und Hebel ergeben sich so Abstützkräfte die durchaus bei bis zu lOkN liegen können . Die bevorzugte hebelseitige Gelenkart ist ein klassischer Bolzen . Dieser wird fest mit einer als Gabel ausgeführten Struktur am oberen Ende der Stützstangen verbunden und im Hebel gelagert. Die hier auftretenden Flächenpressungen betragen beispielsweise bis zu 200 M Pa . Die Gelenkstelle zu den Stützkolben kann ebenfalls als Bolzenlager ausgeführt werden . Die andere bevorzugte Ausgestaltung sieht ein Kugelgelenk vor. Zum einen ermöglicht dieses einen kleineren Stützkolbendurchmesser, was für die M KS, dessen Kräfte auf einem deutlich niedrigeren Niveau liegen als auf der GKS, zwei sich positiv auswir- kende Nebeneffekte hat:
Der Pleuel wird leichter, da die Struktur um den Stützzylinder entsprechend nachgezogen werden kann .
Durch einen möglichst kleinen M KS Stützkolbendurchmesser ergibt sich aufgrund des Öldrucks ein kleines, aber stetig wirkendes Moment auf den Exzenter in Richtung s_high . Dieses wirkt sich bei kleinen Motor-
Drehzahlen günstig auf das Schaltverhalten aus, da hier die aus den Massenkräften entstehenden, für die Verstellung notwendigen Momente, ent- sprechend gering sind. Zum anderen ermöglicht der Verzicht auf einen Bolzen die Ausnutzung der gesamten Stützkolbenhöhe als Dichtlänge. Dies ist von Vorteil hinsichtlich des Verzichts auf zusätzliche Dichtelemen¬ te, da das System zwar eine gewisse Leckage verträgt - zum Beispiel wirkt sich bei einem Hebelverhältnis von ca. 1/10 ein leckagebedingtes
Einsacken des Stützkolbens von z.B. 0,1 mm auf die effektive Pleuellänge nur um ca. 10 m aus -, wenn diese aber zu groß wird, kann das Verdich¬ tungsverhältnis ungewollt "driften". Ebenfalls erzeugen die Dichtelemente ein zusätzliches Reibmoment während eines Verstellvorgangs. So kann eine Verstellung nur eingeleitet werden, wenn dieses Moment überwunden wird. Das Dichtelement kann somit auch ein Dichtsystem umfassen, bestehend aus einem O-Ring und einem darüber liegenden Rechteckring aus einem PTFE-Verbundmaterial. Dessen Reibung hat beispielweise ein Losbrechmoment des Exzenters von 0,5 Nm bis 0,8 Nm zur Folge. Dieses gering erscheinende Momentenniveau wird aber bei kleinen Drehzahlen für eine Schaltung in Richtung "s_high" wegen der in diesen Betriebspunkten ebenfalls sehr geringen Massenkräfte nur geringfügig überschritten. Da ein nur geringes Überschussmoment wiederum mit Einbußen bei der Schaltgeschwindigkeit einhergeht, sind die oben genannten Maßnah- men für diese extremen Betriebspunkte daher von hoher Bedeutung.
Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Ansicht der Unterstützung der wirkenden äußeren Kräfte aufgrund der Erhöhung des Öldrucks in einem der Stellzylinder. Hierfür wird besonders auf den Inhalt der deutschen Patentanmeldung 10 2014 004 987.6 vom 7. April 2014 sowie der PCT-Anmeldung PCT/EP2015/057474 vom 7. April 2015 verwiesen, deren Inhalte durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehören.
In Fig. 3 ist das Hydrauliksystem dargestellt, das zur erfindungsgemäß erfol- genden Unterstützung bzw. Abbremsung der Verstellung des Verdichtungskolben-Verstellelements 11 der Fig. 1 eingesetzt wird. Bei diesem Hydrauliksys¬ tem handelt es sich letztendlich um das Ölschmier- und Kühlsystem 40 der Hubkolbenmaschine, das die Pleuellager sowie die Kurbelwellenlager mit Öl versorgt. Schematisch dargestellt ist in Fig. 3, dass dieses Olschmiersystem 40 eine Ölpumpe 42 aufweist, die über eine Ansteuereinheit 44 ansteuerbar ist, um den für den Betrieb der Hubkolbenmaschine jeweils erforderlichen Öldruck bereitzustellen. Die Versorgung der Abstütz- und Verstellbeeinflussungseinheit 7 der Fig. 1, d .h. die Versorgung der Stützzylinder 26 mit Öl erfolgt durch diverse Leitungen bzw. Kanäle im Pleuel, die im Kurbelwellen-Lagerauge des Pleuels enden bzw. dort einmünden. Die Verhältnisse bei der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von sniedng nach shoch ist in Fig . 3 bei © (und ferner in Fig . 5 als Schaltbild) gezeigt, während die Verstellung von sh0Ch nach eniedrig in Fig . 3 bei © (und ferner als Schalt¬ bild in Fig. 4) dargestellt ist. Die sich in beiden Situationen jeweils einstellenden Bewegungen mit den entsprechenden Richtungen sind in Fig . 3 für die Si- tuation © mit durchgezogenen Pfeilen und für die Situation © mit gestrichelten Pfeilen gezeigt.
Eine kurzzeitige Erhöhung des Motoröldrucks über das Niveau hinaus, das aktuell zur Schmierung bzw. Kühlung der Lager der Hubkolbenmaschine erfor- derlich ist, unterstützt im Zustand © die Ausfahrbewegung des Stützkolbens 27.1 aus dem diesem zugeordneten Stützzylinder 26.1 (siehe auch Fig . 2). Der erhöhte Motordruck wirkt sich dabei nicht auf den Stützzylinder 26.2aus (siehe auch Fig. 5). Wenn von einem hohen Verdichtungsverhältnis auf ein niedriges Verdichtungsverhältnis umgeschaltet werden soll (siehe Situation ©in Fig . 3 und Fig . 4), kann bei in diesem Zustand großen Gaskräften ein zu schneller Abfluss von Öl aus dem Stützzylinder 26.1 durch Aufbau eines Gegendrucks im Olschmiersystem 40 infolge einer Druckerhöhung eine Verzögerung bzw. Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit erreicht werden, was herkömmlicherweise bisher durch Blenden o.dgl. Drosselelementen erfolgt, auf die somit erfindungsgemäß verzichtet werden kann. Das hat den Vorteil, dass bei vergleichsweise kleinen Gaskräften während der Umstellung von einem hohen auf ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis eine solche Blende nicht strömungsgeschwindigkeitsbe- grenzend wirkt und somit in dieser Phase sich höhere Schaltgeschwindigkeiten als im Stand der Technik einstellen.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrie¬ ben, bei dem der Pleuel zwei Stützzylinder mit diesen zugeordneten Stützkolben aufweist. Ebenso ist es aber auch denkbar, die Erfindung bei einem Pleuel zu realisieren, der lediglich einen einzigen Stützzylinder mit zwei Arbeitsräu- men und einem doppelt wirkenden Stützkolben zwischen den Arbeitsräumen aufweist. Ebenso ist es für die Erfindung nicht zwingend erforderlich, dass die Stützzylinder, wie in Fig. 1 gezeigt, durch separate Bauteile realisiert sind, die am Schaft des Stützkolbens montiert sind. Die Art und Weise der Ausbildung der Stützkolben ist für die Erfindung gänzlich unbedeutend. Insbesondere kann die Erfindung auch für die Verstellung von Verdichtungskolben an Pleuel eingesetzt werden, wobei der Pleuel integral ausgebildete Stützzylinder bzw. mindestens einen integral ausgebildeten Stützzylinder aufweist. Auch ist die Erfindung nicht auf die exzentrische Verstellung eines Verdichtungskolbens relativ zu dessen Pleuel beschränkt. Andere Verstellmechanismen sind ebenfalls mög- lieh und im Rahmen der Erfindung realisierbar. Die Erfindung ist vornehmlich in der besonderen Öldruckvariation zur Unterstützung bzw. Abbremsung der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses aus einer ersten Position in eine zweite Position zu sehen. Die Erfindung lässt sich ferner alternativ durch eine der nachfolgend genannten Merkmalsgruppen umschreiben, wobei die Merkmalsgruppen beliebig miteinander kombinierbar sind und auch einzelne Merkmale einer Merkmalsgrup¬ pe mit ein oder mehreren Merkmalen einer oder mehrerer anderer Merkmalsgruppen und/oder einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltun- gen kombinierbar sind. Kolbenmaschine umfassend
eine Kurbelwelle,
zumindest einen mit der Kurbelwelle drehbar gelagerten Pleuel (17), wobei der Pleuel (17) ein kleines (2) und ein großes Lagerauge (3) aufweist, und wobei das Pleuel (17) einen Pleuelschaft (17.1) aufweist,
einen am Pleuel (17) angeordneten Verdichtungskolben, vorzugsweise einen Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters (5) und einem Verstell System, bevorzugt einem Verstellgestänge, exzentrisch verstellbar ist, wobei das Verstell System mittels zumindest eines in einem Stützzylinder des Pleuels (17) verfahrbaren Stützkolbens (27, 27.1, 27.2) sich abstützt, wobei der Pleuelschaft (17.1) den Stützzylinder aufweist, wobei der Stützzylinder angeschlossen ist an ein Ölschmiersystem und das Ölschmiersystem den Öldruck zum Unterstützen des an sich aufgrund wirkender äußerer Kräfte erfolgenden Verstellens des Verstell Systems von niedrigerem zu höherem Verdichtungsverhältnis und/oder im Bedarfsfall zur Dämpfungs- verlangsamung einer Verstellung von höherem zu niedrigerem Verdichtungsverhältnis. Kolbenmaschine nach Ziffer 1, wobei der Pleuelschaft einen ersten und einen zweiten Stützzylinder aufweist, wobei die Innenquerschnittsfläche des ersten Stützzylinders verschieden ist von derjenigen des zweiten Stützzylinders, wobei der Öldruck bei einem Verstellen des Verstellsystems erhöht wird. Kolbenmaschine nach Ziffer 1 oder 2, wobei der Pleuelschaft einen ersten und einen zweiten Stützzylinder aufweist, wobei der zweite Stützzylinder Massenkräfte abstützt und eine kleinere Innenquerschnittsfläche aufweist als der Gaskräfte abstützende erste Stützzylinder. Kolbenmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei das Verstellsystem einen ersten und einen zweiten Hebelarm aufweist, wobei der erste Hebelarm eine andere Länge aufweist als der zweite Hebelarm. Kolbenmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei ein erster Stützzylinder und ein zweiter Stützzylinder vorgesehen sind, wobei der erste Stützzylinder Gaskräfte und der zweite Stützzylinder Massenkräfte abstützt, wobei der erste Stützzylinder eine größere Innenquerschnittsflä- che aufweist als der zweite Stützzylinder, und wobei das Verstell System einen ersten Hebel 22 und einen zweiten Hebel 20 aufweist, wobei der erste Hebel 22 einen ersten Kolben 27.1 im ersten Stützzylinder (26) bewegt und der zweite Hebel 20 einen zweiten Kolben 27.2 im zweiten Stützzylinder 26 bewegt, und der zweite Hebel 20 kürzer ist als der erste Hebel 22. Kolbenmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei eine Öl- pumpe im Ölschmiersystem vorgesehen ist, die die Variabilität des Öldrucks im Bedarfsfall sichert zur Erhöhung des Drucks zwecks Verlangsamung der Überführung des Verstellelements 11 aus der zweiten in Richtung auf und/oder in die erste Verstellposition bei Einwirkung der Gaskräfte auf den Stützkolben 27.1 im ersten Stützzylinder 26 oder stets sichert zur Überführung des Verstellelements 11 aus der zweiten in Richtung auf und/oder in die erste Verstellposition Unterstützung der Massenkräfte beim Verstellen des Verstellelements aus dessen erster Verstellposition in Richtung auf und/oder in die zweite Verstellposition. Kolbenmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, dass eine Koordinierung einer Druckerhöhung im Ölschmiersystem zur Verstellung des Hubs von niedriger zu höherer Verdichtung vornimmt. Verfahren zum Verstellen eines Hubes eines Verdichtungskolbens einer Kolbenmaschine, vorzugsweise einer Kolbenmaschine nach einer der Ziffern 1 bis 7, mittels eines Verstellsystems an einem Pleuel des Verdichtungskolbens, wobei zum Unterstützen und/oder Beschleunigen des Verstellens des Verdichtungskolbens relativ zum Pleuel der Öldruck in den beiden Stützzylindern des Verstell Systems kurzzeitig erhöht wird. Verfahren nach Ziffer 8, wobei eine Erhöhung des Drucks von Öl eines Ölschmiersystems bewirkt wird, um zur Verstellung von einem niedrigen zu einem hohen Verdichtungsverhaltens wirkende Massenkräfte zu unterstützen oder um eine aufgrund von gaskräften erfolgende Verstellung von einem hohen zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zu beschleunigen. Verfahren nach Ziffer 8 oder 9, wobei die Druckerhöhung im Ölschmier- system mittels eines oder mehreren Druckimpulsen erfolgt.
BEZUGSZEICHENLISTE Kolbenmaschine
kleines Pleuellagerauge
großes Pleuellagerauge
Exzenter
Abstützeinheit
Drehpunkt
Stützzylinder-Bauteil
Verstellelement für den Verdichtungskolben Verdichtungskolben
Kolbenbolzen
Kurbelwelle
Schwenkhebel
Pleuel
Pleuelschaft
Bohrung
Verzahnung
Hebelsystem bzw. Verstellmechanismus erster Hebel
zweiter Hebel
Verbindungsgelenke
Stangen
Stützzylinder
Hülse als Stützzylinder
Hülse als Stützzylinder
Stützkolben
Stützkolben
Stützkolben
Kanal
Kanal
Kanal Arbeitsraum
Arbeitsraum
Arbeitsraum
Pleuellagerschalen
Pfeil
Ölschmier- und Kühlsystem Ölpumpe
Ansteuereinheit

Claims

ANSPRÜCHE
1. Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschine, die in verschiedenen Betriebsmodi wie z.B. Teil- und Volllast betreibbar ist, mit
einem Gehäuse (2),
einer in dem Gehäuse (2) angeordneten, drehbar gelagerten Kurbelwelle (15),
mindestens einem Pleuel (17), der an seinem ersten Ende ein Drehlager zur drehbaren Lagerung des Pleuels (17) an der Kurbelwelle (15) aufweist,
einem Verdichtungskolben (13), der an dem dem ersten Ende des Pleuels (17) gegenüberliegenden zweiten Ende des Pleuels (17) drehbar gelagert und gegenüber dem Pleuel (17) verstellbar ist, einem Verstellmechanismus (20) zum Verstellen des Verdichtungskolbens (13) relativ zum zweiten Ende des Pleuels (17), und zwar zwecks Änderung des Verdichtungsverhältnisses,
wobei der Verstellmechanismus (20) ein mit dem Verdichtungskolben (13) gekoppeltes Verstellelement (11) und mindestens eine Abstütz- und Verstellbeeinflussungseinheit (7) zum wahlweise Abstützen oder Verriegeln des Verstellelements (11) aufweist, die mindestens einen in und/oder an dem Pleuel (17) angeordneten Stützzylinder (26) und einen in diesem verschiebbaren Stützkolben (27) mit Kolbenstange (25) aufweist, welche mit dem Verstellelement (11) in Wirkverbindung steht,
wobei eine erste Verstellposition des Verstellelements (11) einem ersten Verdichtungsverhältnis und mindestens eine zweite Verstellposition des Verstellelements (11) einem gegenüber dem ersten Verdichtungsverhältnis höheren zweiten Verdichtungsverhältnis entspricht, und
einem Ölschmiersystem (40) zur Versorgung des Drehlagers und/oder der Lager des Pleuels (17) mit Öl, wobei das Ölschmiersystem (40) eine Ölpumpe (42) und eine An- steuereinheit (44) zur Ansteuerung der Ölpumpe (42) zwecks Erzeugung eines in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus variablen Öldrucks aufweist und
wobei das Ölschmiersystem (40) in Fluidverbindung mit dem Stützzylinder (26) der Abstütz- und Verstellbeeinflussungseinheit (7) steht, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ansteuereinheit (44) die Ölpumpe (42) des Ölschmiersys- tems (40) im Bedarfsfall zur Bereitstellung von dem Stützzylinder (26) zuzuführendem Öl mit einem Druck, der gegenüber dem zur Versorgung des Drehlagers und/oder der Drehlager des Pleuels (17) aktuell erforderlichen Öldruck verändert ist, ansteuert, und zwar zwecks Unterstützung der Verstellung des Verstellelements (11) aus der ersten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die zweite Verstellposition und/oder zwecks Dämpfung bzw. Drosselung der Verstellung und/oder der Verstellgeschwindigkeit des Verstellelements (11) aus der zweiten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die erste Verstellposition.
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (44) die Ölpumpe (42) des Ölschmiersystems (40) im Bedarfsfall zur Bereitstellung von dem Stützzylinder (26) zuzuführendem Öl mit einem Druck, der gegenüber dem zur Versorgung des Drehlagers und/oder der Drehlager des Pleuels (17) aktuell erforderlichen Öldruck erhöht ist, ansteuert, und zwar zwecks Unterstützung der Verstellung des Verstellelements (11) aus der ersten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die zweite Verstellposition und/oder zwecks Dämpfung bzw. Drosselung der Verstellung und/oder der Verstellgeschwindigkeit des Verstellelements (11) aus der zweiten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die erste Verstellposition. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (42) von der Ansteuereinheit (44) zur Erhöhung des Öldrucks zwecks Unterstützung der Verstellung des Verstellelements (11) aus der ersten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die zweite Verstellposition ansteuerbar ist, und zwar im Wesentlichen unabhängig von dem aufgrund des aktuellen Betriebsmodus zur Schmierung und/oder Kühlung des bzw. der Lager des Pleuels erforderlichen Öldrucks.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (42) von der Ansteuereinheit (44) zur Erhöhung des Öldrucks zwecks Drosselung der Geschwindigkeit der Verstellung des Verstellelements (11) aus der zweiten Verstellposition in Richtung auf und/oder in die erste Verstellposition ansteuerbar ist, wenn der Betriebsmodus derjenige eines Teil- oder Volllastbetriebs bei vergleichsweise niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten oder eines anderen Lastbetriebs ist, der nahe demjenigen Betriebsmodus ist, in dem ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis ausreichend bzw. wünschenswert ist bzw. in dem auf ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis umgeschaltet werden sollte.
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